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openssl证书制作及编程

2010-07-29 19:56 316 查看
一、openssl证书制作:

1、创建目录./demoCA/ ./demoCA/newcerts/,创建文件 ./demoCA/index.txt ./demoCA/serial。

2、执行echo 01 > ./demoCA/serial

3、制作自己的CA证书

$openssl req -new -x509 -keyout ca.key -out ca.crt

4、生成服务端的私钥(key文件)及csr文件

$openssl genrsa -des3 -out server.key 1024

$openssl req -new -key server.key -out server.csr

5、生成客户端的私钥(key文件)及csr文件

$openssl genrsa -des3 -out client.key 1024

$openssl req -new -key client.key -out client.csr

6、用生成的CA的证书为刚才生成的server.csr,client.csr文件签名

$openssl ca -in server.csr -out server.crt -cert ca.crt -keyfile ca.key

$openssl ca -in client.csr -out client.crt -cert ca.crt -keyfile ca.key

7、生成pem格式证书

有时需要用到pem格式的证书,可以用以下方式合并证书文件(crt)和私钥文件(key)来生成

$cat client.crt client.key> client.pem

$cat server.crt server.key > server.pem

二、openssl编程

openssl的编程有两种风格:原生态的和层层封装的。

2.1原生态openssl编程

需要使用BSD socket和openssl中的较底层的API。原生态openssl有两个比较重要的结构SSL和SSL_CTX。

SSL_CTX数据结构是用与建立SSL/TSL连接的结构,可用于指定通讯协议(SSLv23/TSLv1)、证书、密钥等相关信息。

SSL数据结构是和具体会话相关联的结构。

常用函数:

SSL_library_init():初始化一个openssl库。

SSL_CTX_new(const SSL_METHOD *method):创建一个CTX结构。

SSL_new(SSL_CTX *ctx):创建一个SSL结构。

SSL_set_fd(SSL *ssl, int fd):把ssl结构和具体会话相关联。

SSL_accept(SSL *ssl)、SSL_connect(SSL *ssl):用于SSL会话握手。

SSL_read(SSL *ssl, void *buf, int num)和SSL_write(SSL *ssl, void *buf, int num)用于SSL读写。

SSL_shutdown(SSL *ssl)用于关闭一个SSL/TSL会话。

使用这些函数就可以进行最基本的openssl编程了。Openssl编程框架如下。


代码示例:HTTPS服务器和客户端

服务器端:

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>

#include <openssl/bio.h>
#include <openssl/ssl.h>
#include <openssl/err.h>

#define SERVER_PEM "../digitCert/server.pem"
#define SERVER_KRY "../digitCert/server.key"

int password_callback(char *buf, int size, int rwflag, void *userdata)
{
/* For the purposes of this demonstration, the password is "ibmdw" */
printf("*** Callback function called/n");
strcpy(buf,"123456");
return strlen(buf);
}

int main()
{
int serv_sock,cli_sock;
socklen_t client_len;
struct sockaddr_in server_address;
struct sockaddr_in client_address;
SSL_CTX * ctx;
SSL *ssl;

int (*callback)(char *, int, int, void *) = &password_callback;

printf("Serving it up in a secure manner/n/n");
SSL_library_init();
SSL_load_error_strings();
ERR_load_BIO_strings();
ERR_load_SSL_strings();
OpenSSL_add_all_algorithms();

printf("Attempting to create SSL context... ");
ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_server_method());
if(ctx == NULL)
{
printf("Failed. Aborting./n");
return 0;
}

printf("/nLoading certificates.../n");
SSL_CTX_set_default_passwd_cb(ctx, callback);
if(!SSL_CTX_use_certificate_file(ctx, SERVER_PEM, SSL_FILETYPE_PEM))
{
ERR_print_errors_fp(stdout);
SSL_CTX_free(ctx);
return 0;
}
else printf("load server.csr successful!/n");
if((SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx, SERVER_KRY, SSL_FILETYPE_PEM))<=0)
{
printf("use private key failed!/n/n");
ERR_print_errors_fp(stdout);
SSL_CTX_free(ctx);
return 0;
}

serv_sock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(-1 == serv_sock){
perror("socket");
}
server_address.sin_family = AF_INET;
server_address.sin_port = htons(443);
server_address.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

int ret = bind(serv_sock,(struct sockaddr*)&server_address,sizeof(struct sockaddr));
if(-1 == ret){
perror("bind");
}
listen(serv_sock,5);
while(1){
cli_sock = accept(serv_sock,(struct sockaddr *)&client_address,(socklen_t *)&client_len);
ssl = SSL_new(ctx);
SSL_set_fd (ssl, cli_sock);

SSL_accept (ssl);

//读取
char line[4096];
SSL_read(ssl, line, sizeof (line));
//正常处理HTTP协议
//写入,返回报文。
SSL_write(ssl,"HTTP/1.0 200 OK/r/n/r/n",19);
SSL_write(ssl,"<html><header></header><body><p1>Hello World<p1></body></html>",62);
close(cli_sock);
SSL_shutdown(ssl);
SSL_free(ssl);
}
SSL_CTX_free (ctx);
}
[/code]
客户端:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/in.h>
#include <limits.h>
#include <netdb.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <ctype.h>
#include <openssl/crypto.h>
#include <openssl/ssl.h>
#include <openssl/err.h>
#include <openssl/rand.h>

#define DEBUG 1

/********************************************
功能:搜索字符串右边起的第一个匹配字符
********************************************/
char *Rstrchr(char *s, char x)
{
int i = strlen(s);
if (!(*s))
return 0;
while (s[i - 1])
if (strchr(s + (i - 1), x))
return (s + (i - 1));
else
i--;
return 0;
}

/**************************************************************
功能:从字符串src中分析出网站地址和端口,并得到用户要下载的文件
***************************************************************/
void GetHost(char *src, char *web, char *file, int *port)
{
char *pA;
char *pB;
memset(web, 0, sizeof(web));
memset(file, 0, sizeof(file));
*port = 0;
if (!(*src))
return;
pA = src;
if (!strncmp(pA, "http://", strlen("http://")))
pA = src + strlen("http://");
else if (!strncmp(pA, "https://", strlen("https://")))
pA = src + strlen("https://");
pB = strchr(pA, '/');
if (pB) {
memcpy(web, pA, strlen(pA) - strlen(pB));
if (pB + 1) {
memcpy(file, pB + 1, strlen(pB) - 1);
file[strlen(pB) - 1] = 0;
}
} else
memcpy(web, pA, strlen(pA));
if (pB)
web[strlen(pA) - strlen(pB)] = 0;
else
web[strlen(pA)] = 0;
pA = strchr(web, ':');
if (pA)
*port = atoi(pA + 1);
else
*port = 443;
}

/************关于本文档********************************************
*filename: https-client.c
*purpose: 演示HTTPS客户端编程方法
*wrote by: zhoulifa(zhoulifa@163.com) 周立发(http://zhoulifa.bokee.com)
Linux爱好者 Linux知识传播者 SOHO族 开发者 最擅长C语言
*date time:2007-01-30 20:06
*Note: 任何人可以任意复制代码并运用这些文档,当然包括你的商业用途
* 但请遵循GPL
*Thanks to:Google
*Hope:希望越来越多的人贡献自己的力量,为科学技术发展出力
* 科技站在巨人的肩膀上进步更快!感谢有开源前辈的贡献!
*********************************************************************/

int main(int argc, char *argv[])
{
int sockfd, ret;
char buffer[1024];
struct sockaddr_in server_addr;
struct hostent *host;
int portnumber, nbytes;
char host_addr[256];
char host_file[1024];
char local_file[256];
FILE *fp;
char request[1024];
int send, totalsend;
int i;
char *pt;
SSL *ssl;
SSL_CTX *ctx;

if (argc != 2) {
if (DEBUG)
fprintf(stderr, "Usage:%s webpage-address/a/n", argv[0]);
exit(1);
}
if (DEBUG)
printf("parameter.1 is: %s/n", argv[1]);

GetHost(argv[1], host_addr, host_file, &portnumber);        /*分析网址、端口、文件名等 */
if (DEBUG)
printf("webhost:%s/n", host_addr);
if (DEBUG)
printf("hostfile:%s/n", host_file);
if (DEBUG)
printf("portnumber:%d/n/n", portnumber);

if ((host = gethostbyname(host_addr)) == NULL) {        /*取得主机IP地址 */
if (DEBUG)
fprintf(stderr, "Gethostname error, %s/n", strerror(errno));
exit(1);
}

/* 客户程序开始建立 sockfd描述符 */
if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {        /*建立SOCKET连接 */
if (DEBUG)
fprintf(stderr, "Socket Error:%s/a/n", strerror(errno));
exit(1);
}

/* 客户程序填充服务端的资料 */
bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(portnumber);
server_addr.sin_addr = *((struct in_addr *) host->h_addr);

/* 客户程序发起连接请求 */
if (connect(sockfd, (struct sockaddr *) (&server_addr), sizeof(struct sockaddr)) == -1) {        /*连接网站 */
if (DEBUG)
fprintf(stderr, "Connect Error:%s/a/n", strerror(errno));
exit(1);
}

/* SSL初始化 */
SSL_library_init();
SSL_load_error_strings();
ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_client_method());
if (ctx == NULL) {
ERR_print_errors_fp(stderr);
exit(1);
}

ssl = SSL_new(ctx);
if (ssl == NULL) {
ERR_print_errors_fp(stderr);
exit(1);
}

/* 把socket和SSL关联 */
ret = SSL_set_fd(ssl, sockfd);
if (ret == 0) {
ERR_print_errors_fp(stderr);
exit(1);
}

RAND_poll();
while (RAND_status() == 0) {
unsigned short rand_ret = rand() % 65536;
RAND_seed(&rand_ret, sizeof(rand_ret));
}

ret = SSL_connect(ssl);
if (ret != 1) {
ERR_print_errors_fp(stderr);
exit(1);
}

sprintf(request, "GET /%s HTTP/1.1/r/nAccept: */*/r/nAccept-Language: zh-cn/r/n/
User-Agent: Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 5.01; Windows NT 5.0)/r/n/
Host: %s:%d/r/nConnection: Close/r/n/r/n", host_file, host_addr,
portnumber);
if (DEBUG)
printf("%s", request);        /*准备request,将要发送给主机 */

/*取得真实的文件名 */
if (host_file && *host_file)
pt = Rstrchr(host_file, '/');
else
pt = 0;

memset(local_file, 0, sizeof(local_file));
if (pt && *pt) {
if ((pt + 1) && *(pt + 1))
strcpy(local_file, pt + 1);
else
memcpy(local_file, host_file, strlen(host_file) - 1);
} else if (host_file && *host_file)
strcpy(local_file, host_file);
else
strcpy(local_file, "index.html");
if (DEBUG)
printf("local filename to write:%s/n/n", local_file);

/*发送https请求request */
send = 0;
totalsend = 0;
nbytes = strlen(request);
while (totalsend < nbytes) {
send = SSL_write(ssl, request + totalsend, nbytes - totalsend);
if (send == -1) {
if (DEBUG)
ERR_print_errors_fp(stderr);
exit(0);
}
totalsend += send;
if (DEBUG)
printf("%d bytes send OK!/n", totalsend);
}

fp = fopen("index.html", "a");
if (!fp) {
if (DEBUG)
printf("create file error! %s/n", strerror(errno));
return 0;
}
if (DEBUG)
printf("/nThe following is the response header:/n");
i = 0;
/* 连接成功了,接收https响应,response */
while ((nbytes = SSL_read(ssl, buffer, 1)) == 1) {
if (i < 4) {
if (buffer[0] == '/r' || buffer[0] == '/n')
i++;
else
i = 0;
if (DEBUG)
printf("%c", buffer[0]);        /*把https头信息打印在屏幕上 */
} else {
fwrite(buffer, 1, 1, fp);        /*将https主体信息写入文件 */
i++;
if (i % 1024 == 0)
fflush(fp);        /*每1K时存盘一次 */
}
}
fclose(fp);
/* 结束通讯 */
ret = SSL_shutdown(ssl);
if (ret != 1) {
ERR_print_errors_fp(stderr);
exit(1);
}
close(sockfd);
SSL_free(ssl);
SSL_CTX_free(ctx);
ERR_free_strings();
exit(0);
}
[/code]
2.2层层封装的openssl编程。

这里BSD socket的基本操作,对上层是不可见的。而且openssl自己有对自己的底层操作进行了封装。

除此之外还需要了解BIO的概念。

BIO是openssl 对于io 类型的抽象封装,包括:内存、文件、日志、标准输入输出、socket、加/解密、摘要和ssl 通道等。

BIO分为两种:source/sink类型的BIO是数据源或输入数据源(我不知道sink该怎么翻译),例如,sokect BIO和文件BIO。而filter BIO就是把数据从一个BIO转换到另外一个BIO或应用接口,在转换过程中,这些数据可以不修改(如信息摘要BIO),也可以进行转换。

BIO链,可以预先设定好多个BIO之间的链接关系,当数据从source类型的BIO进来之后,数据自动再BIO链之间传递。这应该是BIO有吸引力的地方。比如三个BIO,mbio(内存类型),sbio(ssl类型),abio(accept类型),连成BIO链:mbio->sbio->abio。

那么对mbio的读操作实际上就包含了从accept接收数据、对加密数据ssl解密,最终把数据读到内存中的操作;对mbio的写操作实际上包含了对数据进行ssl加密,并把加密数据从socket发出去的操作。

BIO常用函数:

BIO * BIO_new(BIO_METHOD *type):生成BIO

BIO_set(BIO *a,BIO_METHOD *type):设置BIO

BIO_free(BIO *a):删除BIO

BIO_free_all(BIO *a):删除BIO链

BIO_read(BIO *b, void *buf, int len)

BIO_gets(BIO *b,char *buf, int size)

BIO_write(BIO *b, const void *buf, int len)

BIO_puts(BIO *b,const char *buf)

BIO * BIO_push(BIO *b,BIO *append):该函数把参数中名为append的BIO附加到名为b的BIO上,并返回b。

BIO * BIO_pop(BIO *b):为b的BIO从一个BIO链中移除并返回下一个BIO。

代码示例(echo):

服务器端:

#include <stdio.h>
#include <string.h>

#include <openssl/bio.h>
#include <openssl/ssl.h>
#include <openssl/err.h>
#include <unistd.h>

#define SERVER_PEM "../digitCert/server.pem"
#define SERVER_KRY "../digitCert/server.key"

int password_callback(char *buf, int size, int rwflag, void *userdata)
{
/* For the purposes of this demonstration, the password is "ibmdw" */

printf("*** Callback function called/n");
strcpy(buf,"123456");
return strlen(buf);
}

int main()
{
SSL_CTX *ctx;
SSL *ssl;
BIO *sslbio, *acptbio, *out;
pid_t pid;
int len;
char buf[1024];

int (*callback)(char *, int, int, void *) = &password_callback;

printf("Secure Programming with the OpenSSL API, Part 4:/n");
printf("Serving it up in a secure manner/n/n");

SSL_library_init();
SSL_load_error_strings();
ERR_load_BIO_strings();
ERR_load_SSL_strings();
OpenSSL_add_all_algorithms();

printf("Attempting to create SSL context... ");
ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_server_method());
if(ctx == NULL)
{
printf("Failed. Aborting./n");
return 0;
}

printf("/nLoading certificates.../n");
SSL_CTX_set_default_passwd_cb(ctx, callback);
if(!SSL_CTX_use_certificate_file(ctx, SERVER_PEM, SSL_FILETYPE_PEM))
{
ERR_print_errors_fp(stdout);
SSL_CTX_free(ctx);
return 0;
}
else printf("load server.csr successful!/n");
if((SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx, SERVER_KRY, SSL_FILETYPE_PEM))<=0)
{
printf("use private key failed!/n/n");
ERR_print_errors_fp(stdout);
SSL_CTX_free(ctx);
return 0;
}

printf("Attempting to create BIO object... ");
sslbio = BIO_new_ssl(ctx, 0);//0 indicate using server mode
if(sslbio == NULL)
{
printf("Failed. Aborting./n");
ERR_print_errors_fp(stdout);
SSL_CTX_free(ctx);
return 0;
}

printf("/nAttempting to set up BIO for SSL.../n");
BIO_get_ssl(sslbio, &ssl);

printf("Waiting for incoming connection.../n");
/*Begin to listen the port*/
if(BIO_do_accept(acptbio) <= 0)
{
ERR_print_errors_fp(stdout);
SSL_CTX_free(ctx);
BIO_free_all(sslbio);
BIO_free_all(acptbio);
return 1;
}
while(1)
{
/*Waiting for a new connection to establish*/
if(BIO_do_accept(acptbio) <= 0)
{
ERR_print_errors_fp(stdout);
SSL_CTX_free(ctx);
BIO_free_all(sslbio);
BIO_free_all(acptbio);
return 1;
}
out = BIO_pop(acptbio);

if((pid=fork()))//parent process
{
BIO_free(out);
}
else
{
if(BIO_do_handshake(out) <= 0)
{
printf("Handshake failed./n");
ERR_print_errors_fp(stdout);
SSL_CTX_free(ctx);
BIO_free_all(sslbio);
BIO_free_all(acptbio);
return 1;
}
for(;;)
{
memset(buf,0,1023);
len = BIO_read(out,buf,1023);
switch(SSL_get_error(ssl,len))
{
case SSL_ERROR_NONE:
break;
default:
printf("Read Problem!/n");
exit(0);
}
if(!strcmp(buf,"/r/n")||!strcmp(buf,"/n"))
break;
if(buf[0]=='q')
break;
BIO_write(out,buf,len);
printf("%s/n",buf);
}
BIO_free(out);
BIO_ssl_shutdown(sslbio);
exit(0);
}//end else
}
BIO_ssl_shutdown(sslbio);
BIO_free_all(sslbio);
BIO_free_all(acptbio);
SSL_CTX_free(ctx);
}
[/code]
客户端:

[code]
#include <openssl/ssl.h>
#include <errno.h>
#include <openssl/bio.h>
#include <openssl/err.h>

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main()
{
BIO *sslbio;
SSL * ssl;
SSL_CTX * ctx;

int p;

/* Set up the library */
SSL_library_init();//一定要有,初始化ssl库
ERR_load_BIO_strings();
SSL_load_error_strings();
OpenSSL_add_all_algorithms();

/* Set up the SSL context */

ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_method());

/* Load the trust store */

if(!SSL_CTX_load_verify_locations(ctx, "../digitCert/ca.crt",0))//读取CA根证书,用这个证书来验证对方的证书是否可信
{
fprintf(stderr, "Error loading trust store/n");
SSL_CTX_free(ctx);
return 0;
}

/* Setup the connection */

sslbio = BIO_new_ssl_connect(ctx);//建立ssl类型的bio

/* Set the SSL_MODE_AUTO_RETRY flag */

BIO_get_ssl(sslbio, & ssl);//从已建立的ssl类型的bio sslbio中得到ssl变量
SSL_set_mode(ssl, SSL_MODE_AUTO_RETRY);//设置ssl的模式为SSL_MODE_AUTO_RETRY,使用这个选项进行设置,如果服务器突然希望进行一次新的握手,那么OpenSSL 可以在后台处理它。

/* Create and setup the connection */

BIO_set_conn_hostname(sslbio, "127.0.0.1:4433");

if(BIO_do_connect(sslbio) <= 0)//发起握手请求
{
fprintf(stderr, "Error attempting to connect/n");
ERR_print_errors_fp(stderr);
BIO_free_all(sslbio);
SSL_CTX_free(ctx);
return 0;
}
else printf("connent to server successful!/n");

/* Check the certificate */

if(SSL_get_verify_result(ssl) != X509_V_OK)//验证对方的证书是否是合法的(时间未过期,等等。。。)
{
fprintf(stderr, "Certificate verification error: %ld/n", SSL_get_verify_result(ssl));
BIO_free_all(sslbio);
SSL_CTX_free(ctx);
return 0;
}
else printf("verify server cert successful/n");

char buf[1024];
for(;;)
{
printf("/ninput:");
scanf("%s",&buf[0]);
BIO_write(sslbio,buf,strlen(buf));
p = BIO_read(sslbio, buf, 1023);
if(p <= 0) break;
buf[p] = 0;
printf("%s/n", buf);
memset(buf,0,1024);
}

/* Close the connection and free the context */
BIO_ssl_shutdown(sslbio);
BIO_free_all(sslbio);
SSL_CTX_free(ctx);
return 0;
}
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